Tải bản đầy đủ (.pdf) (86 trang)

(Đồ án tốt nghiệp) THIẾT kế mô HÌNH hệ THỐNG điều KHIỂN và GIÁM sát mức CHẤT LỎNG TRONG bể CHỨA

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.61 MB, 86 trang )

Dương Văn Đức – Trần Thanh Viện THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
MỨC CHẤT LỎNG TRONG BỀ CHỨA 2021

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC
NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ
TỰ ĐỘNG HĨA

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
VÀ GIÁM SÁT MỨC CHẤT LỎNG TRONG BỂ
CHỨA
Người hướng dẫn:

ThS. Phan Thị Thanh Vân

Sinh viên thực hiện: Dương Văn Đức
Trần Thanh Viện
Mã sinh viên:

1711505510101
1711505510127

Lớp:


17TDH1

TIEU LUAN MOI download :


Đà Nẵng, 09/2021

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC
NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ
TỰ ĐỘNG HỐ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
VÀ GIÁM SÁT MỨC CHẤT LỎNG TRONG BỂ
CHỨA
Người hướng dẫn:

ThS. Phan Thị Thanh Vân

Sinh viên thực hiện: Dương Văn Đức
Trần Thanh Viện
Mã sinh viên:


1711505510101
1711505510127

Lớp:

17TDH1

TIEU LUAN MOI download :


Đà Nẵng, 09/2021

TIEU LUAN MOI download :


TĨM TẮT

Tên đề tài: Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển và giám sát mức chất lỏng trong
bể chứa.
Sinh viên thực hiện: Dương Văn Đức
Trần Thanh Viện
Mã SV: 1711505510101
1711505510127
Lớp: 17TDH1
Trong thời đại công nghệ 4.0 ngày càng phát triển, với chủ trương cơng nghiệp
hố, hiện đại hố đất nước, ngành Kĩ thuật Điều khiển và Tự động hoá là ngành khoa
học phát triển cực kì mạnh mẽ ở hầu như các mọi lĩnh vực trong đời sống sản xuất và
sinh hoạt. Tự động hoá giúp cho con người chúng ta đỡ vất vả và tiết kiệm được nguồn
nhân lực cũng như chi phí sản xuất và năng suất, hiệu quả được cải thiện rõ.
Bài toán điều khiển mức là một vấn đề cần giải quyết trong các lĩnh vực về dầu

mỏ, hố chất, cơng nghiệp thực phẩm,… khi thực hiện pha trộn cần độ chính sát. Khi
các thiết bị ngày càng hiện đại và tối ưu cần đòi hỏi được độ chính sát và tin cậy càng
cao. Một số sai sót sẽ ảnh hưởng đến sản phẩm và chất lượng đầu ra.
Hiện nay, PLC là thiết bị được ứng dụng và sử dụng rộng rãi ở Việt Nam cũng
như trên thế giới. PLC S7 – 1200 có thêm chức năng truyền thông và giám sát qua
mạng nên việc kết nối và mở rộng chức năng giám sát từ xa dễ dàng hơn so với các
đời cũ như PLC S7 – 200, PLC S7 – 300,… Do các tính năng vượt trội và thuận lợi
của PLC S7 – 1200 nên chúng em sẽ chọn đề tài “Thiết kế mơ hình hệ thống điều
khiển và giám sát mức chất lỏng trong bể chứa”.

TIEU LUAN MOI download :


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân
Sinh viên thực hiện: Dương Văn Đức
Trần Thanh Viện

Mã SV: 1711505510101
Mã SV: 1711505510127

1. Tên đề tài:

“Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển và giám sát mức chất lỏng trong bể chứa”.
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Trần Văn Hiếu, “Tự Động Hóa PLC S7 – 1200 Với TIA Portal”, năm 2019, nhà xuất
bản khoa học - kỹ thuật.
- PGS.TS. Trần Thu Hà - KS. Phạm Quang Huy, “Tự động hóa với WinCC”, năm
2012, nhà xuất bản Hồng Đức.
- Phan Quốc Phơ - Nguyễn Đức Chiến, “Giáo trình cảm biến”, năm 2008, nhà xuất bản
khoa học - kỹ thuật.
3. Nội dung chính của đồ án:
Chương 1: Tổng quan về bài tốn điều khiển mức.
Chương 2: Giới thiệu về PLC S7-1200 và phần mềm lập trình TIA Portal.
Chương 3: Giới thiệu về phần mềm WinCC.
Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát mức chất lỏng trong bể chứa.
4. Các sản phẩm dự kiến

TIEU LUAN MOI download :


- Mơ hình hệ thống điều khiển và giám sát mức chất lỏng trong bể chứa.
5. Ngày giao đồ án: 22/01/2021
6. Ngày nộp đồ án: 03/05/2021
Đà Nẵng, ngày 22 tháng 01 năm 2021
Trưởng Bộ môn

Người hướng dẫn

ThS. Phan Thị Thanh Vân

TIEU LUAN MOI download :



LỜI NĨI ĐẦU

Lời nói đầu tiên cho chúng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy
cô trong khoa Điện, đặc biệt quý thầy cô bộ môn Tự động hóa đã giảng dạy và truyền
đạt những kiến thức chuyên ngành cho chúng em để thực hiện đề tài trong thời gian
học tập vừa qua.
Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến người đã hướng dẫn chúng
em, cô ThS. Phan Thị Thanh Vân đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình chúng em từ những
vấn đề cơ bản, đưa ra những giải pháp kĩ thuật và cách giải quyết các vấn đề nảy sinh
khi làm thực nghiệm giúp cho chúng em dễ dàng tiếp thu kiến thức để thực hiện đề tài
một cách hiệu quả nhất. Cô đã cho chúng em những lời khuyên hữu ích, khơng những
áp dụng trong q trình làm đề tài mà cịn áp dụng trong thực tế. Cảm ơn cơ đã tạo cho
chúng em những điều kiện thuận lợi để chúng em có thể hồn thành tốt đề tài đúng
thời gian.
Mặc dù chúng em đã cố gắng, nỗ lực thực hiện nhưng do kiến thức cũng như khả
năng bản thân cịn nhiều hạn chế nên trong q trình thực hiện đề tài khơng thể tránh
khỏi sai sót. Chúng em rất mong nhận được những góp ý, chỉ dẫn từ quý thầy cô và
các bạn sinh viên.
Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn!

TIEU LUAN MOI download :


CAM ĐOAN

Nhóm chúng em xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của nhóm. Các kết
quả và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép bất kì từ nguồn khác
và các hình thức khác. Việc chúng em tham khảo từ các nguồn tài liệu, tư liệu đã được
thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu, tư liệu tham khảo đúng quy định.


Sinh viên thực hiện

Dương Văn Đức

Trần

Thanh

Viện

TIEU LUAN MOI download :


MỤC LỤC

TÓM TẮT..................................................................................................................... 3
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................ i
CAM ĐOAN.................................................................................................................ii
MỤC LỤC....................................................................................................................iii
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ........................................................................vi
MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1
Chương 1: Tổng quan về bài toán điều khiển mức........................................................2
1.1. Giới thiệu bài toán điều khiển mức...................................................................2
1.2. Các phương pháp đo mức chất lỏng.................................................................2
1.3. Một số loại cảm biến phổ biến đo mức chất lỏng.............................................2
1.3.1. Cảm biến tiệm cận điện dung.....................................................................3
1.3.2. Cảm biến siêu âm.......................................................................................5
1.3.3. Cảm biến mức phao điện từ.......................................................................7
1.3.4. Đo mức sử dụng cảm biến áp suất.............................................................9

1.4. Vai trị của bài tốn điều khiển mức chất lỏng trong thực tế..........................10
Chương 2: Giới thiệu về PLC S7-1200........................................................................12
2.1. Tổng quan về PLC..........................................................................................12
2.1.1. Định nghĩa PLC.......................................................................................12
2.1.2. Cấu trúc cơ bản của PLC.........................................................................12
2.1.3. Module vào/ra của PLC được phân loại...................................................12
2.1.4. Bộ nhớ PLC.............................................................................................13
2.1.5. Chu kỳ quét và thời gian qt PLC..........................................................14
2.1.6. Ngơn ngữ lập trình PLC...........................................................................15
2.1.7. Tổ chức chương trình PLC......................................................................16
2.1.8. Ưu điểm và nhược điểm của PLC............................................................16

TIEU LUAN MOI download :


2.1.9. Ứng dụng và các hãng sản xuất PLC.......................................................17
2.2. Giới thiệu về PLC S7-1200............................................................................17
2.2.1. Phân loại PLC S7 - 1200..........................................................................18
2.2.2. Hình dạng bên ngồi................................................................................20
2.2.3. Cấu trúc bên trong...................................................................................21
2.2.4. Đấu dây....................................................................................................22
2.2.5. Module mở rộng......................................................................................23
2.2.6. Phương pháp lập trình điều khiển............................................................24
2.2.7. Ngơn ngữ lập trình (LAD).......................................................................25
2.2.8. Phần mềm lập trình cho S7-1200.............................................................25
2.3. Kết luận chương.............................................................................................26
Chương 3: Giới thiệu về phần mềm TIA Portal...........................................................27
3.1. Tổng quan về phần mềm TIA Portal..............................................................27
3.1.1. Các bước thiết kế một chương trình.........................................................27
3.1.2. Giao diện chính phần mềm SIMATIC TIA Portal...................................27

3.1.3. Tạo một Project mới và giao diện soạn thảo chương trình chính.............28
3.1.4. Các thanh cơng cụ thường dùng...............................................................29
3.1.5. Các phần tử tập lệnh thường dùng...........................................................29
3.1.6. Nạp chương trình cho PLC......................................................................30
3.1.7. Giao tiếp giữa máy tính và PLC...............................................................31
3.2. Giới thiệu về WinCC......................................................................................32
3.2.1. Các chức năng WinCC............................................................................32
3.2.2. Giao diện làm việc WinCC......................................................................33
3.2.3. Kết nối WinCC........................................................................................34
3.3. Thiết lập dự án WinCC cơ bản.......................................................................34
3.3.1. Tạo project cho dự án..............................................................................34
3.3.2. Thêm thiết bị cho Project.........................................................................35
3.3.3. Kết nối giữa PLC và PC systems.............................................................37

TIEU LUAN MOI download :


3.3.4. Tạo giao diện cho WinCC........................................................................37
3.3.5. HMI Tag..................................................................................................39
3.3.6. Hiệu chỉnh giao diện và các đối tượng trong giao diện............................41
3.4. Hiển thị các giá trị của q trình.....................................................................42
3.5. Cấu hình thơng báo.........................................................................................43
Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát mức chất lỏng trong bể chứa.....44
4.1. Yêu cầu công nghệ của hệ thống....................................................................44
4.2. Sơ đồ khối của hệ thống.................................................................................45
4.3. Lựa chọn thiết bị trong hệ thống.....................................................................45
4.3.1. Khối nguồn..............................................................................................45
4.3.2. Khối đầu vào............................................................................................46
4.3.3. Khối điều khiển.......................................................................................50
4.3.4. Khối cách li..............................................................................................50

4.3.5. Khối chấp hành........................................................................................51
4.4. Sơ đồ tổng quan toàn hệ thống.......................................................................53
4.5. Sơ đồ nối dây điều khiển của PLC.................................................................54
4.6. Sơ đồ đấu dây của tủ điện...............................................................................56
4.7. Xây dựng chương trình điều khiển trên PLC S7 – 1200.................................57
4.8. Xây dựng giao diện điều khiển trên WinCC...................................................64
4.8.1. Các đối tượng đồ họa trong project..........................................................64
4.8.2. Giao diện tổng quan màn hình WinCC....................................................67
4.9. Mơ phỏng hệ thống.........................................................................................68
4.10.

Vận hành mơ hình hệ thống thực tế và đánh giá thực nghiệm.....................69

KẾT LUẬN.................................................................................................................71
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................1

TIEU LUAN MOI download :


DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 2.1 Các đặc điểm cơ bản của S7-1200................................................................19
Bảng 2.2 Thông số các Module...................................................................................23
Bảng 4.1 Bảng phân cơng đầu vào đầu ra....................................................................54

Hình 1.1 Cảm biến điện dung đo on/off.........................................................................3
Hình 1.2 Cảm biến điện dung đo mức chất lỏng............................................................4
Hình 1.3 Cảm biến siêu âm đo mức...............................................................................6
Hình 1.4 Vùng mù của cảm biến siêu âm......................................................................7
Hình 1.5 Cảm biến dạng phao đo on/off........................................................................8

Hình 1.6 Cảm biến dạng phao tuyến tính.......................................................................8
Hình 1.7 Đo mức nước bằng cảm biến áp suất............................................................10
Hình 2.1 Sơ đồ các loại mạch điện đầu ra PLC............................................................13
Hình 2.2 Cấu trúc bộ nhớ PLC.....................................................................................14
Hình 2.3 Vịng qt CPU PLC.....................................................................................14
Hình 2.4 Ngơn ngữ lập trình Ladder Logic (LAD)......................................................15
Hình 2.5 Ngơn ngữ lập trình Statement List (STL)......................................................15
Hình 2.6 Ngơn ngữ lập trình Function Block (FBD)...................................................16
Hình 2.7 Tổ chức chương trình PLC............................................................................16
Hình 2.8 PLC S7-1200.................................................................................................18
Hình 2.9 Hình dạng bên ngồi của PLC.......................................................................21
Hình 2.10 Cấu trúc bên trong PLC..............................................................................22
Hình 2.11 Các module mở rộng...................................................................................23

TIEU LUAN MOI download :


Hình 3.1 Giao diện chính phần mềm SIMATIC TIA Portal........................................28
Hình 3.2 Vùng soạn thảo chương trình........................................................................28
Hình 3.3 Nạp chương trình cho PLC...........................................................................31
Hình 3.4 Kết nối máy tính và PLC...............................................................................31
Hình 3.5 Giao diện WinCC..........................................................................................33
Hình 3.6 Màn hình khi kết nối WinCC và PLC...........................................................34
Hình 3.7 Tạo mới một Project.....................................................................................35
Hình 3.8 Thêm thiết bị PLC cho Project......................................................................35
Hình 3.9 Tạo WinCC cho Project................................................................................36
Hình 3.10 Thêm module truyền thơng.........................................................................36
Hình 3.11 Kết nối PLC và PC systems........................................................................37
Hình 3.12 Kết nối Profibus..........................................................................................37
Hình 3.13 Giao diện của WinCC.................................................................................38

Hình 3.14 Hiệu chỉnh giao diện và các đối tượng........................................................41
Hình 4.1 Các nguồn điện sử dụng................................................................................46
Hình 4.2 Cảm biến siêu âm HC-SR04 và Arduino Nano.............................................46
Hình 4.3 Cảm biến mức nước dạng phao loại On/Off..................................................48
Hình 4.4 Đèn báo.........................................................................................................48
Hình 4.5 Nút nhấn thả có đèn báo................................................................................48
Hình 4.6 Nút nhấn dừng khẩn cấp...............................................................................49
Hình 4.7 Cơng tắc chuyển đổi chế độ..........................................................................49
Hình 4.8 PLC S7 – 1200..............................................................................................50
Hình 4.9 Relay trung gian............................................................................................51
Hình 4.10 Động cơ bơm nước......................................................................................51
Hình 4.11 Van điện từ..................................................................................................52
Hình 4.12 Sơ đồ tổng quan hệ thống............................................................................53
Hình 4.13 Hình vẽ thiết kế tủ điện...............................................................................55

TIEU LUAN MOI download :


Hình 4.14 Sơ đồ đi dây tủ điện....................................................................................56
Hình 4.15 Các đèn báo trong WinCC..........................................................................64
Hình 4.16 Các nút điều khiển trong WinCC................................................................65
Hình 4.17 Giao diện hồn chỉnh của mơ hình trong WinCC........................................67
Hình 4.18 Mơ hình thực tế...........................................................................................69

TIEU LUAN MOI download :


Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển và giám sát mức chất lỏng trong bể chứa

MỞ ĐẦU


Để giải quyết vấn đề điều khiển mức, nhóm chúng em sẽ nghiên cứu, tìm hiểu và
xây dựng mơ hình điều khiển và giám sát mức chất lỏng. Cụ thể nhóm chúng em tìm
hiểu các linh kiện, phụ kiện, thiết bị cần để xây dựng được đồ án như: thiết bị điều
khiển PLC, ở đây chúng em sử dụng PLC S7 – 1200; thiết bị chấp hành gồm có van,
động cơ; ngồi ra cịn có nút nhấn để điều khiển, đèn báo… Chúng em tìm hiểu phần
mềm lập trình TIA PORTAL để lập trình cho PLC S7 – 1200. Nghiên cứu việc sử
dụng phần mềm WinCC trong điều khiển và giám sát mức chất lỏng trong mơ hình
trên giao diện WinCC. Cuối cùng, chúng em được củng cố và vận dụng được những
kiến thức đã học tập để áp dụng vào mơ hình thực tế, được học hỏi thêm nhiều điều
mới và có ích trong đồ án này.

Sinh viên thực hiện: Dương Văn Đức
Trần Thanh Viện

Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân

Trang 1

TIEU LUAN MOI download :


Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển và giám sát mức chất lỏng trong bể chứa

Chương 1: Tổng quan về bài toán điều khiển mức

1.1.

Giới thiệu bài toán điều khiển mức


Tự động hố là ngành cơng nghệ mà lao động con người trong thời đại hiện nay
đang hướng tới nhằm giảm bớt sức chân tay trong các hoạt động sản xuất của công
nghiệp và cũng là một trong những phương hướng phát triển chủ yếu của công nghiệp
sản xuất. Việc ứng dụng thành cơng các thành tựu của lí thuyết điều khiển tối ưu, công
nghệ thông tin, công nghệ máy tính, cơng nghệ điện điện tử và các lĩnh vực khoa học
kĩ thuật khác trong những năm gần đây đã dẫn đến sự ra đời và phát triển thiết bị điều
khiển lập trình PLC.
Cơng nghệ tự động giám sát và điều khiển mức chất lỏng cũng được nhiều công
ti, xí nghiệp cũng như các nhà máy ứng dụng nhiều nhằm thay thế việc giám sát và
điều khiển mức chất lỏng bằng phương pháp thủ công, công nghệ tự động giám sát
mức chất lỏng đảm bảo việc kiểm soát, điều khiển lưu lượng chất lỏng sử dụng, bơm,
xả chất lỏng một cách tin cậy mà không cần sự kiểm tra trực tiếp của con người. Công
nghệ này được ứng dụng nhiều trong việc xử lí nước thải, lọc hố dầu, nhà máy nước,
nhà máy thuỷ điện, hệ thông làm mát nhiệt điện, hệ thống làm mát điện hạt nhân, các
bề nước, tháp nước tự động,…
1.2.

Các phương pháp đo mức chất lỏng

Phương pháp đo mức là một cách làm để đo lường mức chất lỏng một cách đơn
giản và hiệu quả nhất. Nguyên lí đo mức dưới đây chúng ta coi chất lưu cần đo trong
bình chứa chỉ là một loại duy nhất, bất biến. Trong thực tế, có nhiều phương pháp khác
nhau được áp dụng để đo các mức chất lỏng trong từng điều kiện khác nhau. Tùy
thuộc vào yêu cầu thực tế của bài tốn và tính chất vật lí và hóa học của chất lỏng cần
đo để lựa chọn phương pháp đo và các thiết bị đo phù hợp. Hiện nay các thiết bị cảm
biến cũng sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, đời sống. Mỗi loại đều có cách thức đo
riêng và thế mạnh riêng về từng ứng dụng khác nhau.
1.3.

Một số loại cảm biến phổ biến đo mức chất lỏng


Cảm biến là thiết bị dùng để đo, đếm, cảm nhận… các đại lượng vật lí, biến đổi
các tín hiệu khơng điện thành các tín hiệu điện, tín hiệu từ cảm biến sẽ được chuyển
tiếp thường xuyên về hệ thống điều khiển, kiểu đo có thể là liên tục hoặc điểm. Dưới
đây là một số loại cảm biến được dùng phổ biến trong điều khiển mức chất lỏng và
công nghiệp.
Sinh viên thực hiện: Dương Văn Đức
Trần Thanh Viện

Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân

Trang 2

TIEU LUAN MOI download :


Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển và giám sát mức chất lỏng trong bể chứa

1.3.1. Cảm biến tiệm cận điện dung
Cảm biến tiệm cận điện dung là loại cảm biến kết cấu dạng que điện cực dài, được
cắm trực tiếp vào chất lỏng cần đo. Để đo mức, báo mức chất lỏng, ta có 2 cách đo
chính:
 Đo on/off: hay còn gọi là báo đầy, báo cạn chất lỏng ở 2 mức cụ thể. Thông
thường, loại cảm biến này được dùng để điều khiển bơm (khi bể đầy thì tắt bơm, khi
bể cạn thì mở bơm).
 Đo liên tục: là kiểu giám sát dung tích chất lỏng bên trong bồn chứa. Loại này
dùng để đo trong bồn chứa hiện tại có bao nhiêu lít nước, mức nước đang ở chiều cao
bao nhiêu.

Hình 1.1 Cảm biến điện dung đo on/off


Sinh viên thực hiện: Dương Văn Đức
Trần Thanh Viện

Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân

Trang 3

TIEU LUAN MOI download :


Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển và giám sát mức chất lỏng trong bể chứa

Hình 1.2 Cảm biến điện dung đo mức chất lỏng
Nguyên lí hoạt động:
Cảm biến báo mức nước bằng điện dung sẽ hoạt động thông qua cơ chế phát ra
tần số. Cụ thể thì tần số được phát ra ổn định trong suốt quá trình làm việc của cảm
biến. Khi các loại vật liệu cần đo như chất lỏng hay chất rắn chạm vào đầu dị của cảm
biến với một lượng vừa đủ có thể làm thay đổi tần số phát ra. Lúc này tùy vào phương
thức đo lường của cảm biến là liên tục hay báo đầy báo cạn mà bộ phận xử lý sẽ cho ra
tín hiệu tương ứng.
Cảm biến điện dung đo mức liên tục thì mực vật chất dâng cao đến đâu cảm biến
sẽ cho ra tín hiệu đến đó, vì dịng này thường được tiếp xúc hồn tồn và xun suốt
với vật chất trong thùng chứa. Còn các dòng báo đầy báo cạn sẽ có kích thước ngắn
hơn chun báo mức tại một vị trí nhất định và chỉ báo khi có mức vật liệu chạm vào
đầu dị của chúng.
Ưu điểm:
 Độ chính xác cao, dễ lắp đặt.
 Chịu được nhiệt độ và áp suất cao.
 Lắp đặt đơn giản, chỉ cần thiết kế ren và gắn vào thành bồn chứa.

Sinh viên thực hiện: Dương Văn Đức
Trần Thanh Viện

Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân

Trang 4

TIEU LUAN MOI download :


Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển và giám sát mức chất lỏng trong bể chứa

 Dùng được trong nhiều môi trường: xăng, dầu, chất rắn, nước,…
 Điện dung có loại dây cáp nối dài đo tối đa 40m với độ chính xác khá cao.
 Thơng sớ kỹ tḥt:
 Nguồn cấp: 6 - 30V DC.
 Chuẩn bảo vệ: IP68.
 Loại cable sử dụng: PVC 2x0,34 mm2.
 Tín hiệu output: PNP, NAMUR.
 Nhiệt độ môi trường hoạt động: -25°C – +105°C.
 Nhiệt độ phần chân ren chịu được: -25°C – +105°C.
 Áp suất tối đa chịu được: 5 MPa (50 bar).
 Có phiên bản Xi và NT dành cho môi trường nhiệt độ và áp suất cao. Max nhiệt
độ 150 độ C.
 Xuất xứ: được sản xuất trực tiếp tại Cợng hòa Séc.
Tín hiệu đầu ra: Đới với loại cảm biến đo mức liên tục, tín hiệu output thường là 420mA, 0-10V hoặc ModBUS RTU. Còn đối với loại cảm biến đo mức on/off thì tín
hiệu output là dạng PNP hoặc NAMUR.
1.3.2. Cảm biến siêu âm
Cảm biến siêu âm là cảm biến đo mức chất lỏng mà không cần tiếp xúc. Loại cảm
biến này rất an toàn để đo trong các mơi trường có nguy cơ cháy nổ cao, chẳng hạn

như đo mức xăng, dầu…
Tuy nhiên, khơng phải vì phương pháp đo mức này là khơng tiếp xúc mà nó giảm
độ chính xác. Loại cảm biến này có độ chính xác rất cao khi sai số chỉ là 0,15% trên
toàn dải đo.

Sinh viên thực hiện: Dương Văn Đức
Trần Thanh Viện

Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân

Trang 5

TIEU LUAN MOI download :


Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển và giám sát mức chất lỏng trong bể chứa

Hình 1.3 Cảm biến siêu âm đo mức
Ngun lí hoạt động của dịng cảm biến này là khi gắn trên nắp bồn chứa, bộ
phận phát sóng siêu âm sẽ phát 1 chùm sóng xuống bề mặt chất lỏng. Chùm sóng này
sau khi gặp bề mặt chất lỏng sẽ phản xạ lại cảm biến. Lúc này cảm biến sẽ đóng vai trị
là bộ thu sóng.
Sau khi sóng siêu âm đã được thu lại, bộ phận xử lý trong cảm biến sẽ tính tốn
được khoảng cách từ cảm biến đến bề mặt chất lỏng dựa trên vận tốc của sóng siêu âm
và thời gian sóng phản xạ lại.
Lấy chiều cao bồn chứa trừ đi khoảng cách này, cảm biến sẽ tính ra được chiều
cao mức chất lỏng trong bồn.
Ưu điểm:
 Phương pháp đo không tiếp xúc mà vẫn đảm bảo độ chính xác cao với sai số
0,15%.

 Cảm biến có màn hình hiển thị rõ ràng, giúp quan sát mức chất lỏng tốt hơn.
 Tín hiệu output có thể là 4-20mA / 0-10V / Modbus RTU.

Sinh viên thực hiện: Dương Văn Đức
Trần Thanh Viện

Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân

Trang 6

TIEU LUAN MOI download :


Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển và giám sát mức chất lỏng trong bể chứa

 Có thể thay đổi được khoảng cách dễ dàng bằng cách chỉnh trực tiếp trên màn
hình.
Nhược điểm:
 Cảm biến siêu âm thích hợp gắn trong những bồn chứa có chiều rộng vì nếu bồn
hẹp thì sóng siêu âm sẽ bị cản bởi thành bồn.
 Khả năng chịu được nhiệt độ và áp suất không cao, nhiệt độ cao nhất là 70 độ C,
áp suất cao nhất là 1 bar.
Vùng mù của cảm biến siêu âm mỗi một loại cảm biến siêu âm đều có 1 khoảng
cách được gọi là vùng mù của cảm biến siêu âm. Đây là khoảng cách từ bộ phát của
cảm biến tính xuống phía dưới.

Hình 1.4 Vùng mù của cảm biến siêu âm 
1.3.3. Cảm biến mức phao điện từ
Phao cảm biến mức nước hay còn gọi là phao điện, phao báo mực nước là thiết bị
cảm biến mức nước được thiết kế dạng phao giúp đo chính xác lưu lượng nước có

trong bể chứa, bồn chứa, hồ chứa...truyền kết quả đo về bộ phận điều khiển nhằm đảm
bảo cho máy bơm nước không bị cháy mỗi khi chạy không tải, hoặc tác dụng giúp
chống tràn. Tín hiệu của loại này là on/off hoặc 4-20mA. Cấu tạo phần thân của cảm
biến được làm từ nhiều chất liệu khác nhau như inox, PVC, PP,…

Sinh viên thực hiện: Dương Văn Đức
Trần Thanh Viện

Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân

Trang 7

TIEU LUAN MOI download :


Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển và giám sát mức chất lỏng trong bể chứa

Hình 1.5 Cảm biến dạng phao đo on/off

Hình 1.6 Cảm biến dạng phao tuyến tính
Nguyên lí hoạt động:
 Với dạng on/off nguyên tắc hoạc động là: Khi dung mơi ở mức thấp thì phao cạn
(on) sẽ báo cho rơle đóng cơng tắc bật motor bơm hoạt động, cho đến khi dung môi
trong bồn lên mức cao (hay đầy) thì phao báo đầy (off) sẽ rơle ngắt công tắc tắt motor
bơm ngưng hoạt động.
Sinh viên thực hiện: Dương Văn Đức
Trần Thanh Viện

Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân


Trang 8

TIEU LUAN MOI download :


Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển và giám sát mức chất lỏng trong bể chứa

 Với dạng tuyến tính thì cảm biến mức theo sự thay đổi mức điện trở, và mức thay
đổi điện trở này được chuyển đổi thành tín hiệu 4-20mA tương ứng. Nghĩa là tại vị trí
mực nước thấp nhất thì cảm biến cho ra mức tín hiệu là 4mA, và 20mA tại vị trí nước
cao nhất. Và thường chúng ta dựa vào 2 mức tín hiệu này để kích rơle đóng hoặc ngắt
motor bơm dung môi, nước…để báo đầy báo cạn cho ứng dụng.
Mực nước tác động hoặc không tác động lên phao sẽ ảnh hưởng tới trạng thái
đóng hoặc mở của phao. Tín hiệu điện sẽ được gửi về bộ giám sát, điều khiển hoặc
trực tiếp về động cơ để cảnh báo hoặc kiểm soát mực nước.
Ưu điểm:
 Phao báo mức đã được phát minh từ rất lâu, nên được ứng dụng rộng rãi và rất
phổ biến từ đời sống đến công nghiệp.
 Giá thành phải nói là rẻ so với các loại cảm biến khác, nên được dùng nhiều.
 Cơ cấu đơn giản, dễ sử dụng, thay thế.
 Lắp đặt đơn giản, dễ dàng.
 Độ sai số nằm trong khoảng chấp nhận được với các ứng dụng khơng cần độ
chính xác cao.
Nhược điểm:
 Công nghệ cũ, lạc hậu, lỗi thời.
 Không dùng cho ứng dụng cần độ chính xác cao được.
 Khó bảo trì, nếu hư hỏng hoặc sai số thì chỉ có thay mới.
 Thiếu độ nhạy, hay độ nhạy khơng cao do sử dụng cơ cấu cơ là chủ yếu.
 Độ bền kém, khi sử dụng trong môi trường khắc nghiệt.
Tùy theo từng trường hợp, môi trường, nhiệt độ khác nhau mà chúng ta sẽ chọn

lựa loại cảm biến mực nước phù hợp nhất. Ngoài ra, ưu điểm của cảm biến này là có
thể hoạt động tốt trong các phạm vi nhỏ hẹp và có thể chịu được nhiệt độ cao.
1.3.4. Đo mức sử dụng cảm biến áp suất
Đây là phương pháp khá ít người biết bởi nó liên quan đến 1 ứng dụng khác của
cảm biến áp suất. Cụ thể, phương pháp này dựa trên mối liên quan giữa áp suất và
chiều cao của cột nước:
1 bar = 10,21m nước
Sinh viên thực hiện: Dương Văn Đức
Trần Thanh Viện

Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân

Trang 9

TIEU LUAN MOI download :


Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển và giám sát mức chất lỏng trong bể chứa

Dựa trên mối liên quan này, ta sẽ tính được chiều cao của mức nước trong bồn
chứa. 

Hình 1.7 Đo mức nước bằng cảm biến áp suất
Cách hoạt động của phương pháp này khá đơn giản: ta chỉ cần gắn 1 cảm biến áp
suất ở phía dưới của bồn chứa và đo áp suất tại vị trí này. Từ tín hiệu áp suất, ta sẽ tính
ra được chiều cao của cột nước.
Ưu điểm: Đơn giản, dễ sử dụng, có thể chọn nhiều dải đo áp suất khác nhau.
Nhược điểm:
 Độ chính xác phụ thuộc vào độ chính xác của cảm biến áp suất.
 Khi dùng phương pháp này, ta phải dùng thêm 1 thiết bị để đọc tín hiệu và quy

đổi tín hiệu áp suất. Việc này làm tăng khá nhiều chi phí đầu tư.
Địi hỏi mơi trường đo phải là trong bồn kín, nhiệt độ trong bồn không cao, nếu
cao phải dùng ống siphon giảm nhiệt cho cảm biến áp suất.
1.4.

Vai trò của bài toán điều khiển mức chất lỏng trong thực tế

Bài toán điều khiển mức được ứng dụng có thể đo mức của các loại vật liệu như:
chất rắn, chất lỏng, chất sệt, mặt cách ly,... Trong đó yêu cầu về điều khiển mức chất
lỏng ứng dụng nhiều trong thực tế:

Sinh viên thực hiện: Dương Văn Đức
Trần Thanh Viện

Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân

Trang 10

TIEU LUAN MOI download :


Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển và giám sát mức chất lỏng trong bể chứa

Sản xuất nông nghiệp: kiểm soát mức nước cho thủy điện, hệ thống cấp thoát
nước phục vụ trồng cây, điều khiển mực nước trong các bể, hồ nuôi trồng thủy hải sản,
các công ty chế biến thủy hải sản.
Trong công nghiệp: sản xuất rượu bia, các loại chất lỏng đóng chai, xác định
mức chất lỏng trong các bình chứa, bồn, tháp trong cơng nghiệp dệt may, xử lý nước
thải, phát điện, nồi hơi.


Sinh viên thực hiện: Dương Văn Đức
Trần Thanh Viện

Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân

Trang 11

TIEU LUAN MOI download :


×